KR101294788B1 - 단일 안테나를 통한 이중열 디지털 신호 송신 방법, 단일 안테나를 통한 이중열 디지털 신호 송신기 및 단일 안테나를 통한 이중열 디지털 신호 수신 방법 - Google Patents

단일 안테나를 통한 이중열 디지털 신호 송신 방법, 단일 안테나를 통한 이중열 디지털 신호 송신기 및 단일 안테나를 통한 이중열 디지털 신호 수신 방법 Download PDF

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단일 안테나를 통한 이중열 디지털 신호 송신 방법은 송신기가 제1 데이터 스트림 및 제2 데이터 스트림을 입력받는 단계(501), 송신기가 제1 데이터 스트림 및 제2 데이터 스트림을 각각 변조하는 단계(502), 송신기가 변조한 제2 데이터 스트림의 파일럿 파워값을 줄이는 단계(503), 송신기가 변조한 제1 데이터 스트림 및 파워값을 줄인 제2 데이터 스트림을 합산하는 단계(504) 및 송신기가 합산된 제1 데이터 스트림 및 제2 데이터 스트림을 동일 채널에서 하나의 안테나로 송신하는 단계를 포함한다.

Description

단일 안테나를 통한 이중열 디지털 신호 송신 방법, 단일 안테나를 통한 이중열 디지털 신호 송신기 및 단일 안테나를 통한 이중열 디지털 신호 수신 방법{TRANSMISSION METHOD FOR DUAL DIGITAL SIGNAL THROUGH SINGLE ANTENNA, TRANSMITTER FOR DUAL DIGITAL SIGNAL THROUGH SINGLE ANTENNA AND RECEIVING METHOD FOR DUAL DIGITAL SIGNAL THROUGH SINGLE ANTENNA}
이하 설명하는 기술은 디지털 신호를 송신하는 방법, 송신기 및 송신된 신호를 수신기에서 수신하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 디지털 신호의 전송은 아날로그 신호에 비하여 잡음에 덜 민감하고, 왜곡이 작으며, 전송 효율이 높다는 등의 장점이 있으나, 대역폭이 넓게 요구되며, 시스템이 복잡하다는 단점을 지니고 있다. 이러한 단점에도 불구하고, 상대적으로 에러가 적고, 신뢰성이 높다는 점과, 최근에 이루어지고 있는 회로 기술의 발전으로 인하여, 오늘날에는 디지털 방식이 많이 이용되고 있다.
디지털 통신에서 송신기는 데이터를 전송하기에 앞서 이를 전송에 용이하게 변조하고, 수신기는 전송된 신호로부터 원래의 데이터 신호를 복조한다. 일반적으로 수신기 측의 복조 방식은 변조 방식의 역순이다.
무선 통신, 디지털 방송 등 다양한 분야에서 디지털 신호를 사용한 통신이 사용된다. 무선 통신 분야에서 변조 방식은 QPSK(quadrature phase shift keying) 등과 같이 위상만 변조하는 방식, QAM(quadrature amplitude modulation ) 등과 같이 위상 및 진폭을 변조하는 방식 등 다양한 방식이 사용된다.
무선 통신 분야는 한정된 자원을 가지고 효율적으로 디지털 신호를 전달하기 위한 연구가 진행되고 있다. 그중 하나는 MIM0(Multiple-Input Multiple-0utput)이다.
MIM0 방식은 글자 그대로 복수의 안테나를 이용한 신호의 입출력을 기본으로 하고 있다. 이 방식의 특징은 서로 다른 복수의 안테나를 이용하여 같은 타이밍과 같은 주파수로 복수의 송신 데이터를 한 번에 송신하는 것이다. 그와 동시에 송신 가능한 채널이 증가하면, 증가한 채널만큼 단위 시간당 송신 가능한 통신량을 증가할 수 있기 때문에, 실질적으로 통신 속도를 향상시키는 것이 가능해진다. 또한 이 방식은 통신 속도가 향상하더라도 사용하는 주파수 대역이 증가하지 않는다는 이점을 가진다.
한국 공개 특허 제2010-0114346 호는 송신할 데이터를 병렬 비트열로 변환하여 데이터 전송율을 높이는 기술을 개시한다. 또한 한국 공개 특허 제2008-0064432호는 코드워드와 스트림의 조합의 수를 감소시켜 전송할 데이터의 비트수를 감소시키는 기술을 개시한다.
다만 MIMO 방식은 복수의 안테나를 사용해야 하고, 추가적인 장치를 위한 비용이 발생하는 한계가 있다. 또한 이동 단말과 같은 소형 장치는 복수의 안테나 및 추가적인 구성 사용에 구조적인 한계를 갖기도 한다. 또한 수신 장치에서 채널 간 간섭이 발생하는 문제점도 있다.
이하 설명하는 기술은 두 개의 데이터 스트림을 변조하고, 하나의 안테나로 두 개의 데이터 스트림을 전송하는 송신 방법 및 송신기를 제공하고자 한다.
또한 하나의 안테나로 두 개의 데이터 스트림을 전송받고, 두 개의 데이터 스트림을 각각 복조하는 수신 방법을 제공하고자 한다.
이하 설명하는 기술의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 단일 안테나를 통한 이중열 디지털 신호 송신 방법은 송신기가 제1 데이터 스트림 및 제2 데이터 스트림을 입력받는 단계, 송신기가 제1 데이터 스트림 및 제2 데이터 스트림을 각각 변조하는 단계, 송신기가 변조한 제2 데이터 스트림의 파일럿 파워값을 줄이는 단계, 송신기가 변조한 제1 데이터 스트림 및 파워값을 줄인 제2 데이터 스트림을 합산하는 단계 및 송신기가 합산된 제1 데이터 스트림 및 제2 데이터 스트림을 동일 채널에서 하나의 안테나로 송신하는 단계를 포함한다.
줄이는 단계는 송신기가 파워값을 변조한 제1 데이터 스트림과 변조한 제2 데이터 스트림 사이의 상호 간섭이 분리되는 범위로 줄인다.
변조하는 단계는 송신기가 제1 데이터 스트림 및 제2 데이터 스트림을 각각 16QAM 방식으로 변조하고, 줄이는 단계는 송신기가 파워값을 1/4 이하로 줄일 수 있다. 여기서 송신기는 파워값을 -13 dB 내지 -14 dB로 줄일 수 있다.
변조하는 단계는 송신기가 제1 데이터 스트림 및 제2 데이터 스트림을 각각 QPSK 방식으로 변조하고, 줄이는 단계는 송신기가 파워값을 1/2 이하로 줄일 수도 있다. 여기서 송신기는 파워값을 -7 dB 내지 -8 dB로 줄일 수 있다.
디지털 신호 송신기는 부호화된 제1 데이터 스트림 및 제2 데이터 스트림을 각각 변조하는 변조부, 변조부에서 출력되는 제2 데이터 스트림의 파일럿 파워값을 줄이는 버퍼부, 변조부에서 출력되는 제1 데이터 스트림 및 버퍼부에서 출력되는 제2 데이터 스트림을 합산하는 가산부, 가산부에서 출력되는 신호를 하나의 채널에서 변환하는 변환부 및 변환부에서 출력되는 신호를 하나의 안테나를 통해 송신하는 송신부를 포함한다.
버퍼부는 파워값을 변조부에서 출력되는 제1 데이터 스트림과 제2 데이터 스트림이 서로 간섭하지 않는 범위로 줄인다.
변조부는 제1 데이터 스트림을 16QAM 방식으로 변조하는 제1 변조부 및 제2 데이터 스트림을 16QAM 방식으로 변조하는 제2 변조부를 포함할 수 있다. 이때 버퍼부는 제2 변조부에서 출력되는 제2 데이터 스트림의 파워값을 1/4 이하로 줄일 수 있다. 구체적으로 버퍼부는 파워값을 -13 dB 내지 -14 dB로 줄일 수 있다.
변조부는 제1 데이터 스트림을 QPSK 방식으로 변조하는 제1 변조부 및 제2 데이터 스트림을 QPSK 방식으로 변조하는 제2 변조부를 포함할 수 있다. 이때 버퍼부는 제2 변조부에서 출력되는 제2 데이터 스트림의 파워값을 1/2 이하로 줄일 수 있다. 구체적으로 버퍼부는 파워값을 -7 dB 내지 -8 dB로 줄일 수 있다.
변환부는 주파수 영역의 OFDM 신호를 시간 영역의 OFDM 신호로 변환하는 IFFT부, IFFT부에서 출력되는 신호에 보호구간을 삽입하는 GI 삽입부, GI 삽입부에서 출력되는 신호를 필터링하는 필터부, 필터부에서 출력되는 신호를 아날로그 신호로 변환하는 DAC부 및 DAC부에서 출력되는 신호를 RF신호로 변환하는 RF부를 포함할 수 있다.
단일 안테나를 통한 이중열 디지털 신호 수신 방법은 수신기가 파일럿 파워값이 서로 다른 제1 데이터 스트림 및 제2 데이터 스트림을 포함하는 RF 신호를 수신하는 단계, 수신기가 RF 신호에서 서로 다른 파워값을 기준으로 제1 데이터 스트림과 제2 데이터 스트림을 구분하는 단계 및 수신기가 제1 데이터 스트림 및 제2 데이터 스트림을 복조하는 단계를 포함한다.
제1 데이터 스트림의 파일럿 파워값은 0 dB이고, 제2 데이터 스트림의 파일럿 파워값은 제1 데이터 스트림과의 상호 간섭이 분리되는 범위로 줄어든 값이다.
복조하는 단계는 순차적으로 제1 데이터 스트림 및 제2 데이터 스트림을 복조하는 단계 및 순차적 복조로 발생한 제2 데이터 스트림의 딜레이를 보상하는 단계를 포함한다.
단일 안테나를 통한 이중열 디지털 신호 수신 방법은 제1 데이터 스트림과 제2 데이터 스트림의 파일럿 파워값을 이용하여 제1 데이터 스트림과 제2 데이터 스트림의 파워값의 비를 추정하고, 파워값의 비를 이용하여 제1 데이터 스트림과 제2 데이터 스트림의 채널추정치를 연산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하 설명하는 기술은 하나의 채널을 통해 두 개의 데이터 스트림을 송신하고 수신하므로, 데이터 전송효율이 높다.
이하 설명하는 기술은 송신기에서 데이터 스트림을 변조한 후 하나의 채널에서 신호를 변환하고 가공하므로 하드웨어적으로 단순하다.
이하 설명하는 기술의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 디지털 신호 송신 방법에 대한 개략적인 순서도이다.
도 2는 제1 데이터 스트림과 파일럿 파워값이 줄어든 제2 데이터 스트림에 대한 성상도(constellation)의 예이다.
도 3은 제2 데이터 스트림의 파일럿 파워값의 최적 감소 범위를 알아보기 위한 BLER(Block Error Rate)를 실험한 결과이다.
도 4는 디지털 신호 송신기의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 5는 디지털 신호 수신 방법에 대한 개략적인 순서도이다.
도 6은 디지털 신호 송신기에서 송신하는 RF 신호를 MIMO 수신기와 SISO 수신기에서 수신하는 과정을 도시한 예시도이다.
도 7은 디지털 신호 수신기에 대한 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도면에 대한 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다. 따라서, 본 명세서를 통해 설명되는 각 구성부들의 존재 여부는 기능적으로 해석되어야 할 것이며, 이러한 이유로 본 발명의 디지털 신호 송신기(100) 및 디지털 신호 수신기(200)에 따른 구성부들의 구성은 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 한도 내에서 각각 도 4 및 도 6과는 상이해질 수 있음을 명확히 밝혀둔다.
또, 방법 또는 동작 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
본 발명은 디지털 신호를 송신하는 방법 및 디지털 신호 송신기가 주요한 특징이다. 또한 본 발명은 상기 송신 방법에 따라 송신된 신호를 수신하는 방법 및 수신기도 포함한다.
디지털 신호는 다양한 의미로 사용될 수 있다. 본 발명에서는 유선 또는 무선 통신으로 전달되는 신호를 주로 의미한다. 따라서 본 발명에서 디지털 신호는 이동 단말과 기지국을 이용한 무선 통신에서 사용되는 통신 신호, 디지털 방송에 사용되는 신호, 기지국(STA) 또는 AP(Acess Point)에서 단말로 전달되는 무선 인터넷 신호 등을 포함한다.
전술한 바와 같이, MIM0(Multiple-Input Multiple-0utput) 방식은 글자 그대로 복수의 안테나를 이용한 신호의 입출력을 기본으로 하고 있다. MIMO 방식은 최소한 두 개의 안테나를 사용하여 데이터 스트림(디지털 신호)를 송신한다. 본 발명은 두 개의 안테나를 사용하여 각각 데이터 스트림을 송신하는 장치의 구조를 단순화하여 하나의 안테나로 두 개의 데이터 스트림을 송신하는 것이 특징이다. 본 발명은 이를 위해 두 개의 데이터 스트림을 마치 하나의 데이터 스트림과 같이 중첩시켜 전송한다.
따라서, 본 발명은 기본적으로 MIMO 방식을 사용하는 장치에 적용하는 것이 바람직하다. 현재 대부분의 MIMO 방식은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)으로 구현된다.
OFDM 방식은 상호 직교성을 갖는 복수의 반송파를 사용하여 주파수 이용효율을 높이는 방식이다. OFDM 방식에서는 상호 직교성을 갖는 복수의 반송파를 사용함으로 주파수 이용효율이 높아지고 송수신단에서 이러한 복수의 반송파를 변복조하는 과정은 각각 IDFT(Inverse Discrete Fourier transform)와 DFT(Discrete Fourier transform)를 수행한 것과 같은 결과의 IFFT(Inverse Fast Fourier transform)와 FFT(Fast Fourier transform)를 사용하여 고속으로 구현할 수 있다.
이하 OFDM 방식 또는 통신 분야에 널리 사용되고 있는 일반적인 방식이나 장치에 대해서는 설명을 생략하거나 간단하게만 설명하고 본 발명의 특징을 중심으로 설명하고자 한다. 그러나 해당 분야의 통상의 지식을 가진 자는 생략된 설명을 현재 공개된 문헌 등을 통해 충분히 이해할 수 있을 것이다.
또한 본 발명이 반드시 OFDM 방식의 통신이나 MIMO 방식의 통신을 사용하는 예에만 적용되는 것은 아니다. 구체적으로 후술하겠지만 본 발명은 기본적으로 하나의 안테나를 통해 효율적인 데이터 전송이 가능하기 때문에, 다른 영역이나 다른 디지털 신호 전송 방식에도 얼마든지 적용이 가능하다.
이하에서는 도면을 참조하면서 디지털 신호를 전송하는 방법, 디지털 신호 송신기(100), 디지털 신호를 수신하는 방법 및 디지털 신호 수신기(200)에 관하여 구체적으로 설명하겠다.
도 1은 단일 안테나를 통한 이중열 디지털 신호 송신 방법에 대한 개략적인 순서도이다. 단일 안테나를 통한 이중열 디지털 신호 송신 방법은 송신기가 제1 데이터 스트림 및 제2 데이터 스트림을 입력받는 단계(501), 송신기가 제1 데이터 스트림 및 제2 데이터 스트림을 각각 변조하는 단계(502), 송신기가 변조한 제2 데이터 스트림의 파일럿 파워값을 줄이는 단계(503), 송신기가 변조한 제1 데이터 스트림 및 파워값을 줄인 제2 데이터 스트림을 합산하는 단계(504) 및 송신기가 합산된 제1 데이터 스트림 및 제2 데이터 스트림을 동일 채널에서 하나의 안테나로 송신하는 단계를 포함한다. 합산된 데이터 스트림은 일반적으로 업 변환기(upconverter)를 통해 RF 신호로 변환되고(505), 이후 송신기의 안테나를 통해 전송된다(506).
줄이는 단계(503)에서 송신기는 변조한 제1 데이터 스트림과 변조한 제2 데이터 스트림이 간섭하지 않는 범위로 변조한 제2 데이터 스트림의 파일럿 파워값을 줄인다. 본 발명은 이와 같이 하나의 데이터 스트림의 파일럿 파워값을 축소하여 두 개의 데이터 스트림을 송신한다.
도 2는 제1 데이터 스트림과 파일럿 파워값이 줄어든 제2 데이터 스트림에 대한 성상도(constellation)의 예이다. 도 2(a)는 16QAM 방식으로 변조된 데이터 스트림에서 제2 데이터 스트림의 파일럿 파워값이 줄어든 예에 대한 성상도이고, 도 2(b)는 256QAM 방식에 대한 성상도의 예이다.
도 2(a)를 살펴보면, 제1 데이터 스트림은 0 dB로 파워값에 변화가 없는 상태이고, 제2 데이터 스트림은 대략 -12 dB로 파워값이 줄어든 상태이다. 16QAM 방식에서는 제2 데이터 스트림이 1/4 이하로 줄어들고, 잡음이 제2 데이터 스트림보다 적은 경우에 두 개의 데이터 스트림이 합산된 단일 신호로부터 두 개의 신호가 정확하게 분리될 수 있다. 도 2(a)에서 괄호에 기재된 좌표값은 화살표가 지시하는 대상에 대한 맵핑값에 해당한다.
도 2 (a)와 같이 제2 데이터 스트림의 파일럿 파워값이 축소되면, 제1 데이터 스트림과 제2 데이터 스트림은 서로 간섭하지 않게되고, 하나의 신호로 전송이 가능하다. 본 발명은 두 개의 데이터 스트림을 하나의 신호로 처리하고 전송하게 되므로, 도 2(a)에서 예로든 16QAM 방식 경우, 도 2(b)에 도시된 256QAM과 같은 데이터 전송 효율을 갖게 된다.
도시하지 않았지만, 본 발명은 다른 변조 방식에도 적용될 수 있다. 예컨대, QPSK 방식에도 본 발명이 적용될 수 있다. QPSK 방식 경우 제2 데이터 스트림의 파일럿 파워값은 대략 1/2 이하로 줄어들면 된다. 물론 이론적으로 제2 데이터 스트림의 파일럿 파워값이 1/2 보다 커도 제1 데이터 스트림의 파워값 보다 작다면 두 개의 데이터 스트림을 중첩하여 전송할 수 있다.
제2 데이터 스트림은 제1 데이터 스트림과 간섭을 하지 않을 정도로 파일럿 파워값이 줄어들면 된다. 그러나 파워값이 너무 줄게 되면 신호가 전송되는 거리에 제한을 받게 되기 때문에 줄이는 단계(503)에서는 적절하게 파워값이 줄어드는 것이 필요하다.
도 3은 제2 데이터 스트림의 파일럿 파워값의 최적 감소 범위를 알아보기 위한 BLER(Block Error Rate)를 실험한 결과이다. 도 3에 도시된 그래프에서 가로축은 줄어드는 파워값을 나타내고, 세로축은 BLER을 나타낸다.
좌측은 SNR이 16dB인 환경에서 QPSK 방식을 사용한 신호에 대한 BLER 결과를 도시하고, 우측은 SNR이 28dB인 환경에서 16QAM 방식을 사용한 신호에 대한 BLER 결과를 도시한다. MCS(Modulation and Coding Scheme) 10 및 MCS 12는 IEEE 802.11n에 정의된 규격에 따른 방식을 의미한다. QPSK 방식에서는 제2 데이터 스트림이 - 6 dB보다 약간 더 줄어든 경우에 BLER이 더 낮고, 16QAM 방식에서도 제2 데이터 스트림이 -12 dB보다 약간 더 줄어든 경우에 BLER 더 낮다.
도 3의 결과에 따르면, QPSK 방식 및 16QAM 방식 모두에서 1 ~ 2 dB이 더 줄어든 경우에 BLER이 더 낮다.
따라서, 변조하는 단계(502)에서 송신기가 제1 데이터 스트림 및 제2 데이터 스트림을 각각 16QAM 방식으로 변조하면, 줄이는 단계(503)에서는 송신기가 파워값을 -13 dB 내지 -14 dB로 줄이는 것이 바람직하다. 또한 변조하는 단계(502)에서 송신기가 제1 데이터 스트림 및 제2 데이터 스트림을 각각 QPSK 방식으로 변조하면, 줄이는 단계(503)에서는 송신기가 파워값을 -7 dB 내지 -8 dB로 줄이는 것이 바람직하다.
도 4는 단일 안테나를 통한 이중열 디지털 신호 송신기(100)의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 단일 안테나를 통한 이중열 디지털 신호 송신기(100)는 송신할 데이터를 부호화하여 부호 심볼을 출력하는 부호부(110), 부호화된 제1 데이터 스트림 및 제2 데이터 스트림을 각각 변조하는 변조부(120), 변조부(120)에서 출력되는 제2 데이터 스트림의 파일럿 파워값을 줄이는 버퍼부(130), 변조부(120)에서 출력되는 제1 데이터 스트림 및 버퍼부(130)에서 출력되는 제2 데이터 스트림을 합산하는 가산부(140), 가산부(140)에서 출력되는 신호를 하나의 채널에서 변환하는 변환부(150) 및 변환부(150)에서 출력되는 신호를 하나의 안테나를 통해 송신하는 송신부(160)를 포함한다.
부호부(110)는 송신 데이터를 MCS 레벨에 따른 부호율로 부호화하여 부호 심볼들을 출력한다. 예컨대, 부호부(110)는 길쌈부호기(convolutional encoder), 터보부호기(turbo encoder), LDPC(low density parity check) 부호기 등으로 구성될 수 있다.
변조부(120)는 부호부(100)에서 부호화된 심볼을 변조 방식에 따라 변조한다. 변조 방식은 BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM 등 다양한 방식이 사용될 수 있다.
버퍼부(130)는 제2 데이터 스트림의 파일럿 파워값을 줄이는 구성이다. 다양한 구성이 사용될 수 있지만 일반적으로 버퍼 게이트와 같은 구성이 사용된다. 버퍼부(130)는 제2 데이터 스트림의 파일럿 파워값을 변조부에서 출력되는 제1 데이터 스트림과 제2 데이터 스트림이 서로 간섭하지 않는 범위로 줄인다. 버퍼부(130)는 변조 방식에 따라 전술한 바와 같이 제2 데이터 스트림의 파일럿 파워값을 줄인다.
변조부(120)는 제1 데이터 스트림을 16QAM 방식으로 변조하는 제1 변조부(121) 및 제2 데이터 스트림을 16QAM 방식으로 변조하는 제2 변조부(122)를 포함한다. 제1 데이터 스트림(x1[n]) 및 제2 데이터 스트림(x2[n])을 각각 병렬적으로 부호화되고 변조된다. 부호부(110)도 제1 데이터 스트림을 부호화하는 제1 부호부(111) 및 제2 데이터 스트림을 부호화하는 제2 부호부(112)를 포함한다.
이후 제2 변조부(122)에서 변조된 제2 데이터 스트림이 버퍼부(130)에서 파워값이 줄어들고, 가산부(140)에서 파워값이 줄어든 제2 데이터 스트림과 제1 변조부(121)에서 변조된 제1 데이터 스트림이 합산된다.
가산부(140)에서 합산된 데이터 스트림((x1[n])+(x2[n]))은 이후 하나의 변환부(150)에서 변환되고, 하나의 안테나를 포함하는 송신부(160)에서 전송된다. 따라서 합산된 데이터 스트림은 하나의 채널을 통해 전송되게 된다.
본 발명에 따른 송신기(100)는 하나의 데이터 스트림을 처리하는 변환부가 필요 없기 때문에 하드웨어적으로 두 개의 안테나를 갖는 송신기보다 단순하다. 도 4에서 점선으로 표시한 변환부가 이에 해당한다.
변환부(150)는 송신기에 있는 일반적인 구성에 해당한다. 해당 분야의 통상의 지식을 가진 자가 이용할 수 있는 다양한 구성이 사용될 수 있다. 다만 OFDM 방식을 사용하는 변환부(150)는 일반적으로 주파수 영역의 OFDM 신호를 시간 영역의 OFDM 신호로 변환하는 IFFT부(151), IFFT부에서 출력되는 신호에 보호구간을 삽입하는 GI 삽입부(152), GI 삽입부에서 출력되는 신호를 필터링하는 필터부(153), 필터부에서 출력되는 신호를 아날로그 신호로 변환하는 DAC부(154) 및 DAC부에서 출력되는 신호를 RF신호로 변환하는 RF부(155)를 포함한다.
IFFT부(151)는 데이터를 역 고속 푸리에 변환하여 샘플데이터를 출력한다. 이렇게 출력된 샘플데이터는 보호구간을 삽입하는 GI(Guard Interval)부(152)로 제공된다. GI는 통신 방식에 따라 다양한 데이터가 사용될 수 있다. 일반적으로 CP(Cyclic Prefix) 등과 같은 것이 사용된다.
GI가 삽입된 신호는 펄스 성형 필터(pulse shaping filter: PSF)와 같은 필터부(153)를 통과하고, DAC부를 거쳐 아날로그 신호로 변환된다. 이후 업 변환기와 같은 장치에 해당하는 RF부(155)를 통해 RF 신호로 변환되고, 하나의 송신 안테나를 포함하는 송신부(160)를 통해 전송된다.
도 4는 두 개의 안테나를 갖는 송신기에서 하나의 변환부 및 송신부가 제거된 형태만을 도시하였다. 그러나 본 발명은 두 개의 안테나를 사용하는 구조를 하나의 안테나를 사용하는 구조로 단순화하는 것이므로, 예컨대, 4 개의 안테나를 사용하는 송신기를 2개의 안테나를 사용하는 것으로 단순화할 수 있음은 물론이다.
도 5는 단일 안테나를 통한 이중열 디지털 신호 수신 방법에 대한 개략적인 순서도이다. 단일 안테나를 통한 이중열 디지털 신호 수신 방법은 수신기가 파일럿 파워값이 서로 다른 제1 데이터 스트림 및 제2 데이터 스트림을 포함하는 RF 신호를 수신하는 단계(601), 수신기가 RF 신호를 복조를 위한 디지털 신호로 변환하는 단계(602), 수신기가 RF 신호에서 서로 다른 파워값을 기준으로 제1 데이터 스트림과 제2 데이터 스트림을 구분하는 단계(603) 및 수신기가 제1 데이터 스트림 및 제2 데이터 스트림을 복조하는 단계(604)를 포함한다.
수신기에서 디지털 신호를 수신하고 복조하는 과정은 일반적으로 송신기에서 수행되는 과정의 역순에 해당한다. 다만 본 발명은 수신기의 안테나를 통해 수신하는 신호에 두 개의 데이터 스트림이 중첩되어 있으므로, 두 개의 데이터 스트림을 분리하여 각각 복조하는 과정이 필수적이다.
수신하는 단계(601) 및 변환하는 단계(602)는 일반적인 수신기에서 수행되는 과정에 해당한다.
한편 본 발명의 송신기에서 하나의 안테나로 송신하는 RF 신호는 두 개의 안테나를 갖는 MIMO 수신기에서 복조될 수도 있고, 하나의 안테나를 갖는 SISO 수신기에서 복조될 수도 있다. 두 개의 안테나를 갖는 MIMO 수신기에서 디 맵퍼(de-mapper)가 서브 캐리어(subcarrier) 간의 넓은 동적 범위에서 동작한다면 MIMO 수신기에서도 데이터 스트림 복조가 가능하다.
도 6은 단일 안테나를 통한 이중열 디지털 신호 송신기에서 송신하는 RF 신호를 MIMO 수신기와 SISO 수신기에서 수신하는 과정을 도시한 예시도이다. 도 6에서는 송신기(100)에서 송신하는 RF 신호가 두 개의 안테나를 갖는 MIMO 수신기뿐만 아니라 한 개의 안테나를 갖는 SISO 수신기에서도 수신하는 동작을 도시한다. 도 6에서 수신기는 STA(Station)을 예로 들었고, DDS-SISO는 DDS(Dual Data Stream)을 처리하는 SISO를 의미한다.
다만 본 발명에서 설명하는 수신 방법 및 디지털 신호 수신기는 SISO 수신기에서 수행되는 수신 방법 및 SISO 수신기를 대상으로 한다.
도 7은 디지털 신호 수신기(200)에 대한 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 디지털 신호 수신기(200)는 송신기(100)에서 송신한 RF 신호를 수신하는 수신부(210), 수신부(210)에서 수신한 신호를 디지털 신호로 변환하는 변환부(220), RF 신호에 포함된 제1 데이터 스트림과 제2 데이터 스트림을 구분하는 추출부(230) 및 제1 데이터 스트림 및 제2 데이터 스트림을 복조하는 복조부(240)를 포함한다. 복조부(240)에서 복조된 신호를 처리하는 구성은 생략하였다.
수신부(210), 변환부(220) 및 복조부(240)는 수신기에서 사용되는 일반적인 구성에 해당한다. 변환부(220)는 수신부(210)의 안테나를 거쳐 들어오는 신호(y1[n])를 베이스 밴드(baseband) 신호로 변환하는 다운 변환부(221), 베이스밴드 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC부(222), 변환된 디지털 신호에서 GI를 제거하는 GI 제거부(223) 및 GI가 제거된 신호에 고속 푸리에 변환을 수행하는 FFT부(224)를 포함한다.
구분하는 단계(603)는 추출부(230)를 통해 수행된다. 추출부(230)는 변환부(220)에서 변환된 디지털 신호(y'1[n])에서 제1 데이터 스트림(x'1[n])을 추출하는 슬라이서(231), 디지털 신호(y'1[n])를 지연하는 지연부(232) 및 지연된 디지털 신호(y'1[n])에서 슬라이서(231)에서 추출된 제1 데이터 스트림(x'1[n])를 감산하여 제2 데이터 스트림(x'2[n])을 추출하는 감산부(233)를 포함한다. 나아가 추출부(230)는 도 7에 도시된 추출부(230)와 달리 해당 분야의 통상의 지식을 가진 자가 제1 데이터 스트림과 제2 데이터 스트림을 서로 구분할 수 있는 다양한 구성을 사용할 수도 있다.
한편 수신신호로부터 송신신호를 결정하기 위해 사용하는 채널추정치는 아래와 같은 식으로 추정할 수 있다. 한 개의 안테나를 통해 두 개의 데이터 스트림이 전송되기 때문에 두 개의 채널 추정치는 두 개의 데이터 스트림(h1, h2) 사이의 파워 감쇄비(α)에 비례한다. 따라서 본 발명은 보다 아래의 수학식 2를 이용하여 보다 정확한 채널추정치 연산이 가능하다. h1(n) 및 h2(n)은 각각 두 개의 데이터 스트림에 대한 채널추정치이다.
Figure 112013013288910-pat00001
Figure 112013013288910-pat00002
슬라이서(231)은 데이터 스트림의 파일럿 파워값을 비교하여 데이터 스트림을 구분한다. 데이터 스트림의 파일럿 파워값은 단일 안테나를 통한 이중열 디지털 신호 송신 방법에서 전술한 바와 같다.
도 7에 도시된 추출부(230)에 따르면 제1 데이터 스트림 및 제 2 데이터 스트림이 순차적으로 복조부(240)에 전달되어 복조된다. 따라서 1 clock 정도의 딜레이가 발생한다면, 복조부(240)에서 출력되는 결과는 수신기의 후단부에서 제2 데이터 스트림의 딜레이를 보상해야 한다. 이 경우 복조하는 단계(604)는 순차적으로 제1 데이터 스트림 및 제2 데이터 스트림을 복조하는 단계 및 순차적 복조로 발생한 제2 데이터 스트림의 딜레이를 보상하는 단계를 포함하게 된다.
또는 도 7에 도시된 추출부(230) 및 복조부(240)와 달리, 추출부(230)가 제1 데이터 스트림과 제2 데이터 스트림을 동시에 병렬적으로 추출하고, 각각 서로 다른 복조부(240)가 추출한 데이트 스트림에 대한 복조를 수행할 수도 있다.
본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.
100 : 디지털 신호 송신기 110 : 부호부
120 : 변조부 130 : 버퍼부
140 : 가산부 150 : 변환부
151 : IFFT부 152 : GI 삽입부
153 : 필터부 154 : DAC부
155 : RF부 160 : 송신부
200 : 디지털 신호 수신기 210 : 수신부
220 : 변환부 221 : 다운 변환부
222 : ADC부 223 : GI 제거부
224 : FFT부 230 : 추출부
231 : 슬라이서 232 : 지연부
233 : 감산부 240 : 복조부

Claims (20)

  1. MIMO 디지털 신호 송신 방법에 있어서,
    송신기가 동일한 반송 주파수를 사용하는 제1 데이터 스트림 및 제2 데이터 스트림을 입력받는 단계;
    상기 송신기가 상기 제1 데이터 스트림 및 제2 데이터 스트림을 각각 변조하는 단계;
    상기 송신기가 상기 변조한 제2 데이터 스트림의 파일럿 파워값을 줄이는 단계;
    상기 송신기가 상기 변조한 제1 데이터 스트림 및 상기 파워값을 줄인 제2 데이터 스트림을 합산하는 단계; 및
    상기 송신기가 상기 합산된 제1 데이터 스트림 및 제2 데이터 스트림을 동일 채널에서 하나의 안테나로 송신하는 단계를 포함하는 단일 안테나를 통한 이중열 디지털 신호 송신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 줄이는 단계는
    상기 송신기가 상기 파워값을 상기 변조한 제1 데이터 스트림과 상기 변조한 제2 데이터 스트림 사이의 상호 간섭이 분리되는 범위로 줄이는 단일 안테나를 통한 이중열 디지털 신호 송신 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 변조하는 단계는 상기 송신기가 상기 제1 데이터 스트림 및 제2 데이터 스트림을 각각 16QAM 방식으로 변조하고,
    상기 줄이는 단계는 상기 송신기가 상기 파워값을 1/4 이하로 줄이는 단일 안테나를 통한 이중열 디지털 신호 송신 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 줄이는 단계는 상기 송신기가 상기 파워값을 -13 dB 내지 -14 dB로 줄이는 단일 안테나를 통한 이중열 디지털 신호 송신 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 변조하는 단계는 상기 송신기가 상기 제1 데이터 스트림 및 제2 데이터 스트림을 각각 QPSK 방식으로 변조하고,
    상기 줄이는 단계는 상기 송신기가 상기 파워값을 1/2 이하로 줄이는 단일 안테나를 통한 이중열 디지털 신호 송신 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 줄이는 단계는 상기 송신기가 상기 파워값을 -7 dB 내지 -8 dB로 줄이는 단일 안테나를 통한 이중열 디지털 신호 송신 방법.
  7. MIMO 디지털 신호 송신기에 있어서,
    동일한 반송 주파수를 사용하는 제1 데이터 스트림 및 제2 데이터 스트림을 각각 변조하는 변조부;
    상기 변조부에서 출력되는 제2 데이터 스트림의 파일럿 파워값을 줄이는 버퍼부;
    상기 변조부에서 출력되는 제1 데이터 스트림 및 상기 버퍼부에서 출력되는 상기 제2 데이터 스트림을 합산하는 가산부;
    상기 가산부에서 출력되는 신호를 하나의 채널에서 변환하는 변환부; 및
    상기 변환부에서 출력되는 신호를 하나의 안테나를 통해 송신하는 송신부를 포함하는 디지털 신호 송신기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 버퍼부는
    상기 파워값을 상기 변조부에서 출력되는 상기 제1 데이터 스트림과 상기 제2 데이터 스트림이 서로 간섭하지 않는 범위로 줄이는 디지털 신호 송신기.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 변조부는
    상기 제1 데이터 스트림을 16QAM 방식으로 변조하는 제1 변조부; 및
    상기 제2 데이터 스트림을 16QAM 방식으로 변조하는 제2 변조부를 포함하는 디지털 신호 송신기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 버퍼부는 상기 제2 변조부에서 출력되는 상기 제2 데이터 스트림의 상기 파워값을 1/4 이하로 줄이는 디지털 신호 송신기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 버퍼부는 상기 파워값을 -13 dB 내지 -14 dB로 줄이는 디지털 신호 송신기.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 변조부는
    상기 제1 데이터 스트림을 QPSK 방식으로 변조하는 제1 변조부; 및
    상기 제2 데이터 스트림을 QPSK 방식으로 변조하는 제2 변조부를 포함하는 디지털 신호 송신기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 버퍼부는 상기 제2 변조부에서 출력되는 상기 제2 데이터 스트림의 상기 파워값을 1/2 이하로 줄이는 디지털 신호 송신기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 버퍼부는 상기 파워값을 -7 dB 내지 -8 dB로 줄이는 디지털 신호 송신기.
  15. 제7항에 있어서,
    상기 변환부는
    주파수 영역의 OFDM 신호를 시간 영역의 OFDM 신호로 변환하는 IFFT부;
    상기 IFFT부에서 출력되는 신호에 보호구간을 삽입하는 GI 삽입부;
    상기 GI 삽입부에서 출력되는 신호를 필터링하는 필터부;
    상기 필터부에서 출력되는 신호를 아날로그 신호로 변환하는 DAC부; 및
    상기 DAC부에서 출력되는 신호를 RF신호로 변환하는 RF부를 포함하는 디지털 신호 송신기.
  16. 디지털 신호 수신 방법에 있어서,
    수신기가 파일럿 파워값이 서로 다른 제1 데이터 스트림 및 제2 데이터 스트림을 포함하는 RF 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신기가 상기 RF 신호에서 상기 서로 다른 파워값을 기준으로 상기 제1 데이터 스트림과 상기 제2 데이터 스트림을 구분하는 단계; 및
    상기 수신기가 상기 제1 데이터 스트림 및 상기 제2 데이터 스트림을 복조하는 단계를 포함하는 단일 안테나를 통한 이중열 디지털 신호 수신 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 데이터 스트림의 파일럿 파워값은 0 dB이고,
    상기 제2 데이터 스트림의 파일럿 파워값은 상기 제1 데이터 스트림과의 상호 간섭이 분리되는 범위로 줄어든 값인 단일 안테나를 통한 이중열 디지털 신호 수신 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    데이터 스트림의 변조 방식이 QPSK인 경우 상기 제2 데이터 스트림의 파일럿 파워값은 -7 dB 내지 -8 dB로 줄어든 값이고,
    데이터 스트림의 변조 방식이 QAM인 경우 상기 제2 데이터 스트림의 파일럿 파워값은 -13 dB 내지 -14 dB로 줄어든 값인 단일 안테나를 통한 이중열 디지털 신호 수신 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 복조하는 단계는
    순차적으로 상기 제1 데이터 스트림 및 상기 제2 데이터 스트림을 복조하는 단계; 및
    순차적 복조로 발생한 상기 제2 데이터 스트림의 딜레이를 보상하는 단계를 포함하는 단일 안테나를 통한 이중열 디지털 신호 수신 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 제1 데이터 스트림과 상기 제2 데이터 스트림의 파일럿 파워값을 이용하여 상기 제1 데이터 스트림과 상기 제2 데이터 스트림의 파워값의 비를 추정하고, 상기 파워값의 비를 이용하여 상기 제1 데이터 스트림과 상기 제2 데이터 스트림의 채널추정치를 연산하는 단계를 더 포함하는 단일 안테나를 통한 이중열 디지털 신호 수신 방법.
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